DE3016107A1

DE3016107A1 - Ladungsverschiebeschaltung

Info

Publication number: DE3016107A1
Application number: DE19803016107
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Iida; Tatsuo Sakaue
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-04-27
Filing date: 1980-04-25
Publication date: 1980-10-30
Also published as: US4316100A; GB2061650A; GB2061650B; JPS55145368A; JPS55145367A; DE3016107C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladungsverschiebeschaltung, insbesondere zur Verarbeitung eines Analogsignals, mit einer Einrichtung zur Feststellung, ob eine Größe einer von einer Stufe zu einer anderen übertragenen bzw. verschobenen Signalladung innerhalb eines richtigen Bereichs liegt oder nicht.

Ein Laufzeit- bzw. Transversalfilter kompakter Konstruktion für die Analogsignalverarbeitung kann durch Ausnutzung der Verzögerungs-, Additions-, Subtraktions- und Multiplikationsfunktionen eines Ladungsverschiebeelements (CCD-Vorrichtung) realisiert werden. Ein solches Filter ist in der US-PS 4 080 beschrieben. Beim eingangsbewerteten (input-weighted) Transversalfilter gemäß dieser US-PS wird ein analoges Eingangssignal mit bewerteten (weighted) Signalen multipliziert, bewertete

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Signalladungspakete werden in die betreffenden Stufen eines Ladungsverschiebekanals oder -registers injiziert, und jedes dieser Pakete wird fortlaufend zu einer Endstufe übertragen oder verschoben, während es zu einem verzögerten Signalladungspaket von der vorhergehenden Stufe hinzuaddiert wird. Aufgrund der Addition der Ladungspakete vergrößert sich die Größe der verschobenen Signalladung allmählich bei ihrer Bewegung von der ersten zur letzten Stufe. Zur Gewährleistung einer genauen Analogsignalverarbeitung muß auch dann, wenn die Größe der Signalladung infolge der Addition der Signalladungspakete zunimmt, die Größe der von einer Stufe zu einer anderen verschobenen Signalladung innerhalb eines linearen Teils eines dynamischen Bereichs des Ladungsverschieberegisters liegen. Mit anderen Worten: auch wenn die Größe der Signalladung aufgrund der Addition zunimmt, darf die Größe der Ladung nicht die maximale Größe der Signalladung übersteigen, die in jeder Stufe gespeichert werden kann. Die maximale Größe der in jeder Stufe speicherbaren Signalladung hängt von der Fläche einer Potentialsenke (potential well) und ihrer Kapazität ab.

Die DE-OS 29 33 440.5 beschreibt ein Transversalfilter, das eine positive oder negative Bewertung eines Analogsignals zur Erzielung eines gewünschten Frequenzgangs durchzuführen vermag. Die positive Bewertung des Signals geschieht durch Injizieren eines bewerteten Signalladungspakets in eine Stufe eines Ladungsverschiebe- bzw. CCD-Registers. Andererseits erfolgt die negative Bewertung des Signals durch Abstoßung (rejecting) eines bewerteten Signalladungspakets von einer Stufe. Mit anderen Worten: die negative Bewertung geschieht durch Subtraktion der Signalladung, mit dem Ergebnis, daß die Größe der von einer Stufe zu einer anderen übertragenen Signalladung im CCD-Register abnimmt. Zur Sicherstellung einer genauen Analogsignal-

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verarbeitung muß auch dann, wenn sich die Größe der Signalladung aufgrund der Subtraktion verkleinert, die Größe der von der einen Stufe zu einer anderen übertragenen Signalladung innerhalb des dynamischen Bereichs des CCD-Registers liegen. Dies bedeutet, daß die Mindestgröße der Ladung in jeder Stufe größer sein muß als die Mindestgröße der Übertragoder verschiebbaren Signalladung. Ein übliches CCD-Register arbeitet innerhalb des dynamischen Bereichs, wobei die Größe der in das Register injizierten und von der einen Stufe zur anderen übertragenen Signalladung der Amplitude eines abgegriffenen (sampled) Analogsignals proportional ist.

Das Transversalfilter, das eine Vielfalt von Anwendungsbereichen in der Anälogsignalverarbeitung findet, kann in einem Geistersignalunterdrücker zur Beseitigung eines Geister(bild)-signals in einem Fernseh-Empfangssignal benutzt werden (vgl. US-PS 4 127 874). Ein solcher GeisterSignalunterdrücker besteht aus einem GeisterSignaldetektor, welcher ein im Videosignal enthaltenes Geistersignal feststellt und mehrere Bewertungssignale formt, einem Transversalfilter, welches das Videosignal und die Bewertungssignale abnimmt und ein Pseudogeistersignal formt, sowie einer Subtrahierstufe, welche das Videosignal und das Pseudogeistersignal subtraktiv kombiniert und dadurch das Geistersignal aus dem Videosignal entfernt. Bei Verwendung des Transversalfilters bei einem solchen Geistersignalunterdrücker kann es vorkommen, daß die Größe der durch die betreffenden Stufen des CCD-Registers verschobenen Signalladung aufgrund der Additions- oder Subtraktionsfunktion des Transversalfilters außerhalb des linearen Bereichs zu liegen kommt, wenn der Pegel des Geistersignals oder von Störsignalen im Videosignal ziemlich groß ist. In einem solchen Fall ist

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eine einwandfreie Arbeitsweise des Geisterbildunterdrückers nicht mehr möglich, so daß die Güte eines auf der Bildröhre wiedergegebenen Bilds stärker beeinträchtigt wird als ohne GeisterSignalunterdrücker.

Aus diesem Grund sollte eine Ladungsverschiebeeinrichtung, wie das Transversalfilter, so ausgelegt sein, daß sie feststellen kann, ob die Größe einer durch das CCD-Register verschobenen Signalladung innerhalb des dynamischen Bereichs liegt oder nicht, wobei im negativen Fall die Verarbeitung des Analogsignals mittels der Ladungsverschiebeeinrichtung beendet wird.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer Ladungsverschiebeschaltung, wie eines Transversalfilters, mit einer Einrichtung zur Feststellung, ob die Größe einer von der einen Stufe zu einer anderen Stufe eines Ladungsverschiebekanals übertragenen Signalladung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt oder nicht.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß ist ein Ladungsverschiebekanal so geformt, daß er zwei verzweigte Ausgänge aufweist. Eine zum ersten Ausgang übertragene bzw. verschobene Signalladung wird als Ausgangssignal· der Schaltung durch eine erste Ausgangsdetektoreinheit festgestellt und an eine Nutzschaltung angelegt. Eine zum zweiten Ausgang übertragene Signalladung wird durch eine zweite Ausgangsdetektoreinheit abgegriffen. Zwei Bezugsspannung-Generatorkreise dienen zur Lieferung einer

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i. -si

ersten und zweiten Spannung entsprechend dem oberen bzw.
unteren Grenzwert eines vorgegebenen Bereichs der im Ladungsverschiebekanal von einer Stufe zur anderen übertragenen Signalladung. Eine Ausgangsspannung der zweiten Ausgangsdetektoreinheit, entsprechend der Größe der im Ladungsverschiebekanal von einen Kanal zum anderen übertragenen Signalladung, wird mit erster und zweiter Bezugsspannung verglichen, um auf diese Weise festzustellen, ob die Größe dieser
übertragenen Signalladung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Ist dies nicht der Fall, so wird die Abgabe
des Ausgangssignals von der ersten Detektoreinheit zur Nutzschaltung beendet.

Die erste Bezugsspannung wird mit einer Größe entsprechend
einer etwas kleineren Größe der Ladung als die gewählt, welche jede Potentialsenke im LadungsverSchiebekanal vollständig ausfüllt. Die zweite Bezugsspannung wird mit einer Größe gewählt, welche der Ladungsgröße entspricht, die eben für die
Verschiebung oder Übertragung der Ladung ausreicht.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ladungsverschiebeschaltung mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Ladungsverschiebekennlinie eines bei der Schaltung gemäß Fig. 1 verwendeten Ladungsverschiebe- bzw. CCD-Registers,

Fig. 3 ein Schaltbild einer praktischen Anordnung der Ladungsverschiebeschaltung gemäß der Erfindung,

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Fig. 4 und 5 in vergrößertem Maßstab gehaltene schematische Schnittansichten des Bezugssignalgenerators längs der Linien A-A¹ und B-B¹ in Fig. 3 und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Geistersignalunterdrückerschaltung, auf welche die erfindungsgemäße Ladungsverschiebeschaltung angewandt ist.

Fig. 1 veranschaulicht den grundsätzlichen Aufbau einer Ladungsvers chiebeschaltung gemäß der Erfindung, bei welcher zur Vereinfachung der Beschreibung ein übliches Ladungsverschiebe- bzw. CCD-Register oder ein Ladungsverschiebekanal verwendet wird.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 greift ein Ladungsinjektor 1 ein durch eine Gleichspannung vorgespanntes analoges Eingangssignal VI ab und injiziert ein dem abgetasteten oder abgegriffenen analogen Eingangssignal proportionales Signalladungspaket in die erste Stufe eines CCD-Registers 2. Die injizierten oder aufgedrückten Signalladungspakete werden in bekannter Weise fortlaufend von der ersten Stufe des Registers 2 zu seiner letzten Stufe verschoben. Das CCD-Register 2 ist mit zwei verzweigten Ausgängen 2a und 2b ausgelegt. Somit werden die durch das Register 2 verschobenen Signalladungspakete verzweigt und durch Ausgangsspannungs-Detektoren 3a und 3b als Ausgangsspannungen VF1 und VF2 festgestellt. Die Ausgangsspannung VF1 vom Detektor 3a wird durch einen Verstärker 4 verstärkt und als Ausgangssignal benutzt. Die Ausgangsspannung vom Detektor 3b wird an einen nicht-invertierenden Eingang eines Spannungskomparators 5 und an einen invertierenden Eingang eines Spannungskomparators 6 angelegt. Eine von einem

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Bezugsspannungsgenerator 7 erzeugte Bezugsspannung VF3 wird dem invertierenden Eingang des Komparators 5 aufgeprägt, während eine Bezugsspannung VF4 von einem Bezugsspannungsgenerator 8 an den nicht-invertierenden Eingang des Komparators 6 angelegt wird. Die Ausgänge der Komparatoren 5 und sind mit einem ODER-Glied 9 verbunden.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels für die Ladungsverschiebe-Kennlinie des CCD-Registers 2 mit einem p-Typ-Halbleitersubstrat, wobei diese Kennlinie durch die Eingangssignalspannung VI und die an den Ausgängen abgegriffenen Ausgangsspannungen VF1, VF2 bestimmt wird. Gemäß Fig. 2 bleibt in einem Bereich A, in welchem ein Potential des Eingangssignals VI in Form einer Überlagerung eines Analogsignals und einer Gleichspannung (+4 V) vorliegt, die vom Ausgangsspannungs-Detektor ermittelte Ausgangsspannung unabhängig von einer Änderung der Eingangsspannung VI fest auf +14 V. In einem Bereich B, in welchem das Eingangssignal VI gleich +5 V oder größer ist, behält die vom Detektor festgestellte Ausgangsspannung eine feste Spannung von +16 V bei. Innerhalb eines dynamischen Bereichs, in welchem das Eingangssignal VI von +3 V bis +5 V reicht, liegt der AusgangsSpannungsbereich zwischen +14V und +16 V. Mit anderen Worten: in einem Bereich C ist die gemessene Ausgangsspannung einem augenblicklichen Potential des Eingangssignals proportional. Die LadungsverSchiebekennlinie wird anhand der Größe der Signalladung erläutert, die in das CCD-Register 2 injiziert und durch dieses hindurch verschoben wird. Im Bereich A, in welchem das Eingangssignalpotential unter +3 V liegt, wird in das Register eine Ladungsgröße injiziert, die zur Sättigung der

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jeweiligen Potentialsenken im Register 2 ausreicht. Im Bereich B, in welchem das Eingangssignalpotential über +5 V liegt, wird dem CCD-Register 2 eine für die Übertragung bzw. Verschiebung unzureichende Ladungsgröße aufgedrückt. Im Bereich Cj in welchem das EingangsSignalpotential zwischen +3 V und +5 V liegt, wird in das Register 2 eine Signalladungsgröße injiziert, die einem EingangsSignalpotential proportional ist.

Die Bezugsspannungsgeneratoren 7 und 8 sind auf demselben Halbleitersubstrat wie das CCD-Register 2 ausgebildet. Der Bezugsspannungsgenerator 7 ist so ausgelegt, daß er eine Spannung von z.B. +15,5 V^ die etwas unter der Ausgangsspannung (+16 V) im Bereich B der Ladungsverschiebe-Kennlinie liegt, bzw. eine Spannung entsprechend der Mindestgröße der Signalladung liefert, die von der ersten Stufe des CCD-Registers 2 zu dessen letzter Stufe verschoben werden kann. Der Bezugsspannungsgenerator 8 erzeugt auslegungsgemäß eine Spannung von z.B. +14,5 V, die geringfügig höher ist als die Ausgangsspannung (+14 V) im Bereich A, d.h. eine Spannung entsprechend einer Ladungsgröße, die geringfügig unter der Sättigungsgröße der Ladung für jede Potentialsenke des CCD-Registers 2 liegt.

Wenn bei der Schaltung gemäß Fig. 1 somit die vom Ausgangsspannungs-Detektor 3b festgestellte Ausgangsspannung VF2 niedriger ist als die Spannung VF4 (+14,5 V), liefert der Komparator 6 ein Ausgangssignal mit dem logisqhen Pegel "|". Wenn die Ausgangsspannung VF2 höher ist als die Spannung VF3 (+15,5 V), liefert der Komparator 5 ein Ausgangssignal mit dem logischen Pegel "1". In beiden Fällen geht das Ausgangssignal Vs des ODER-Glieds 9 auf den hohen Pegel über. Das

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den logischen Pegel "1" besitzende Ausgangssignal Vs des ODER-Glieds 9 kann zur unterbrechung der Lieferung des Ausgangssignals Vout vom Ausgangsspannungsdetektor 3a zu seiner Nutzschaltung dann benutzt werden, wenn die Amplitude des Eingangssignals Vj aus irgendeinem Grund einen zweckmäßigen Bereich übersteigt. Diese Ausgestaltung läßt sich in der Weise realisieren, da zwischen dem Detektor 3a und der Nutzschaltung einfach ein elektronischer Schalter angeordnet wird, der durch das Ausgangssignal mit dem logischen Pegel "1" vom ODER-Glied 9 gesperrt wird. Die Bestimmung der Größe der durch das CCD-Register verschobenen Signalladung bzw. die Feststellung dahingehend, ob das CCD-Register im dynamischen Bereich arbeitet oder nicht, ist nicht allgemein bei einer Ladungsverschiebeschaltung der Art nötig, bei welcher die Signalladung nur in die erste Stufe des CCD-Registers eingegeben wird. Eine solche Bestimmung oder Feststellung ist jedoch von besonderer Bedeutung bei einem Transversalfilter, bei dem die Signalladung in die (einzelnen) Stufen des CCD-Registers injiziert oder eine Signalladung aus den Stufen des CCD-Registers ausgestoßen bzw. abgeleitet wird. .

Fig. 3 veranschaulicht eine praktisch anwendbare Anordnung der Ladungsverschiebeschaltung gemäß Fig. 1. Dabei ist eine n-Typ-Senke 20 für das CCD-Register auf einem p-Typ-Siliciumhalbleitersubstrat geformt. Am einen Ende der Senke 20 ist ein n⁺-Typ-Source Bereich 21 vorgesehen, der mit einem Taktimpuls ips-l (0 V bis +10 V) gespeist wird. Eine in Synchronismus mit dem Taktimpuls <}>s-1 in die Senke 20 injizierte Ladung wird durch ein Eingangs-Tor 22 zu einem Speicher-Tor 23,

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das mit einer Gleichspannung Vc (+9 V) beschickt wird, übertragen bzw. .verschoben, und die verschobene Ladung wird unter dem Speicher-Tor 23 vorübergehend gespeichert. Da das Eingangssignal Vj an das Eingangs-Tor 22 angelegt wird, wird eine dem Eingangssignal V₁ proportionale Signalladung unter dem Speicher-Tor 23 zwischengespeichert. Wenn ein Abtast-Tor 23 durch einen Abtastimpuls osp (O bis +4,5 V) geöffnet wird, wird die unter dem Tor 23 zwischengespeicherte Signalladung unter eine tibertragungs- bzw. Verschiebeelektrode 25 verschoben, an welcher ein Verschiebeimpuls ot (0 bis +9 V) anliegt. Der Sourcebereich 21, das Eingangs-Tor 22, das Speicher-Tor 23 und das Abtast-Tor 24 bilden gemeinsam den Ladungsinjektor 1 gemäß Fig. 1. Neben der Verschiebeelektrode 25 sind aufeinanderfolgend zwei Verschiebeelektroden 26 und 27, an welche ein Verschiebeimpuls φ2 angelegt wird, sowie zwei Verschiebeelektroden 28 und 29 ausgebildet, die mit einem Verschiebeimpuls φ1 gespeist werden. Die durch den Ladungsinjektor in das CCD-Register injizierten Signalladungspakete werden unter der Steuerung der zweiphasigen Verschiebeimpulse φ1 und φ2 fortlaufend unter den Verschiebe-Gates bzw. -Elektroden 25 bis 33 verschoben.

Die Senke 20 für die Ladungsverschiebung bzw. -Übertragung ist an der Ausgangsseite mittels eines p⁺-Typ-Kanal-Sperrkreises gegabelt. Die unter den Verschiebeelektroden 25 bis 33 verschobenen Signalladungspakete werden längs der gegabelten Kanäle der Senke 20 verzweigt. Die verzweigten Signalladungspakete werden an die Ausgangs-Detektoren 3a und 3b über eine η -Typ-Sperrschicht angelegt, die unter einer mit einer Gleichspannung V_QG (+6 V) gespeisten Ausgangs-Gate-

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Elektrode 34 geformt ist. Der Ausgangsspannungs-Detektor 3a besteht aus einem in der Senke 20 geformten erdfreien (floating) n⁺-Typ-Diffusionsbereich 35, einem n⁺-Typ-Drainbereich 38 und einer Rückstell-Gate-Elektrode 37, die zwischen dem Bereichen 35 und 3 8 ausgebildet ist und mit einem Rückstellimpuls Or^ (0 bis + 16 V) beschickt wird. Der Ausgangsspannungs-Detektor 3b ist mit einem erdfreien Diffusionsbereich 36 und einem Drainbereich 39 versehen, welche in der Senke 20 auf beiden Seiten der Gate-Elektrode 37 geformt sind. Die Drainbereiche 38 und 39 der Detektoren 3a bzw. 3b werden mit einer Gleichspannung V_DD (+16 V) beaufschlagt. Die erdfreien Diffusionsbereiche 3 5 und 36 werden mit der Periode des Rückstellimpulses o_Rj_ auf dem Pegel Vqd rückgestellt. Die Elektroden des Ladungsinjektors 1, das Ladungsverschiebe- bzw. CCD-Register 2 und die Ausgangsspannungs-Detektoren 3a und 3b sind jeweils durch eine Polysiliciumschicht gebildet. In der Senke 20 sind unter den schmalen Elektroden 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 nach einem Ionenimplantationsvorgang Sperrschichten des n~~-Typs für die Ladungsverschiebung in einer Richtung ausgebildet.

Der erdfreie Diffusionsbereich 35 im Ausgangsspannungs-Detektor 3a ist mit einem Verstärker 41 über einen Ausgangsverstärker 40 mit Abtast- und Haltefunktion gekoppelt. Der erdfreie Diffusionsbereich 36 des Ausgangsspannungs-Detektors 3b ist über einen Ausgangsverstärker 42 mit Abtast- und Haltefunktion an den nicht-invertierenden Eingang des Komparators 43 und den invertierenden Eingang des Komparators angeschlossen.

Gemäß Fig. 3 sind Bezugsspannungsgeneratoren 45 und 46 entsprechend den Generatoren 7 und 8 in Fig. 1 vorgesehen. Beim Bezugsspannungsgenerator 45 ist ein Sourcebereich 51, an den

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der Impuls <ps-l angelegt wird, in einer n~-Typ-Senke 50 auf dem p-Typ-Siliciumsubstrat geformt. Neben dem Sourcebereich sind nacheinander eine Eingangs-Gate-Elektrode 52, an welche ein noch zu beschreibendes Rückkopplungssignal V₁^ angelegt wird, eine Speicher-Gate-Elektrode 53, an welcher die Gleichspannung Vc anliegt, eine mit dem Abtastimpuls osp beschickte Abtast-Gate-Elektrode 54, eine mit dem Verschiebeimpuls φΐ beschickte Verschiebeelektrode 55 und ein mit der Gleichspannung Vqq beschicktes Ausgangs-Tor (Gate-Elektrode) 56 ausgebildet. Wie die Senke 20 des CCD-Registers ist auch die Senke 50 am Ausgangsteil gegabelt bzw. verzweigt. In dem gemäß Fig. 3 unteren Bereich der Senke 50 sind ein erdfreier n⁺-Typ-Bereich und ein Drainbereich 59 ausgebildet, die auf beiden Seiten einer Rückstell-Gate-Elektrode 58 angeordnet sind, an welche der Rückstellimpuls φ^ι angelegt wird. Im oberen Ausgangsbereich der Senke 50 sind zwei Ruckstell-Gate-Elektroden 61 und 62, an welche der Rückstellimpuls φ^ι angelegt wird, sowie ein erdfreier n⁺-Typ-Diffusionsbereich 60 und ein Drainbereich 63 vorgesehen, die auf beiden Seiten einer Rückstell-Gate-Elektrode 63 angeordnet sind, an welche ein weiterer Rückstellimpuls φρ^ (0 bis +16 V) angelegt wird. Die Drainbereiche 59 und 64 werden mit der Gleichspannung V_DD gespeist. Der erdfreie Diffusionsbereich 57 ist über einen Ausgangsverstärker 91 mit Abtast- und Haltefunktion mit dem invertierenden Eingang des Komparators verbunden. Der erdfreie Diffusionsbereich 60 ist mit der Eingangs-Gate-Elektrode 52 über eine Gegenkopplungsschleife mit einem durch einen Oxydfilm gebildeten Kondensator 65 und einen invertierenden Verstärker 66 mit einem Verstärkungsgrad von 1 verbunden. An die Eingangs-Gate-Elektrode 52 wird ein Rückkopplungssignal Vjι vom invertierenden Verstärker bzw. Umsetzer angelegt.

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Der Bezugsspannungsgenerator 46 ist auf dieselbe Weise ausgebildet wie der Bezugsspannungsgenerator 45, so daß sich eine nähere Erläuterung erübrigt. Beim Bezugsspannungsgenerator 46 ist ein erdfreier Diffusionsbereich 77 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators 44 über einen Ausgangsverstärker 92 mit Abtast- und Haltefunktion gekoppelt. Ein Eingangs-Tor (Gate-Elektrode) 7 2 wird mit einem Rückkopplungssignal Vj2 ^von einem invertierenden Verstärker 86 beschickt. Bei diesen BezugsSpannungsgeneratoren 45 und 46 sind η -Sperrschichten unter schmalen Elektroden 52, 72, 54, 74, 56, 76, 61, 81, 63 und 83 ausgebildet. Die erdfreien Diffusionsbereiche 36, 57 und 77 sind jeweils mit gleicher Größe ausgebildet.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Bezugsspannungsgeneratoren 45 und 46 anhand des Generators 45 erläutert. Eine Ladung einer Größe, welche der Spannung eines Rückkopplungssignals Vji am Eingangs-Tor 52 proportional ist, wird vom Sourcebereich 51 unter die Speicher-Gate-Elektrode 53 injiziert und unter dieser zwischengespeichert. Wenn das Abtast-Tor 54 öffnet, wird diese Signalladung unter die Verschiebeelektrode verschoben. Unter letzterer wird die Signalladung verzweigt, um über die Sperrschichten unter dem Ausgangs-Tor 56 zu den erdfreien Diffusionsbereichen 57 und 60 geliefert zu werden. Von der diesem Diffusionsbereich 60 zugelieferten Ladung wird die Ladung einer festen Größe, die von dem Produkt des Unterschieds zwischen den Oberflächenpotentialen des Halbleitersubstrats unter den Rückstellelektroden 61 und 62 sowie der Fläche der Potentialsenke unter der Rückstellelektrode 62 abhängt, durch das Rückstell-Tor 63 und den Drainbereich 64 nach außen abgeleitet. Die Rückkopplungsschleife ist in einem solchen Zustand stabilisiert, daß die Größe der in den erd-

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freien Diffusionsbereich 60 injizierten Ladung der aus dem Bereich 60 abgeleiteten Ladung gleich ist. Unter dieser stabilen Bedingung setzt die zum erdfreien Diffusionsbereich 57 verschobene Ladung die Spannung dieses Bereichs 57 auf V_Fg.

Der Bezugsspannungsgenerator 46 ist so angeordnet, daß die vom erdfreien Diffusionsbereich 80 abgeleitete Ladungsgröße größer ist als diejenige des Bezugssignal- bzw. -Spannungsgenerators Unter stabilen Bedingungen nimmt auch die Größe der zu den erdfreien Diffusionsbereichen 80 und 77 verschobenen Ladung zu. Im stabilen Zustand ist daher die Spannung des erdfreien Diffusionsbereichs 77 mit Vp4 kleiner als

Die erdfreien Diffusionsbereiche 35 und 36 der Ausgangs-Detektoren 3a und 3b (Fig. 3) brauchen nicht unbedingt, wie dargestellt, mit derselben Größe ausgebildet zu sein. Wenn diese Bereiche gleich groß sind, gilt V_F^

Die Fig. 4 und 5 sind in vergrößertem Maßstab gehaltene schematische Schnitte durch den Bezugsspannungsgenerator 46 längs der Linie A-A¹ und B-B* in Fig. 3. In den Fig. 4 und 5 sind den Teilen von Fig. 3 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet. Dabei sind zusätzlich ein p-Typ-Siliciumsubstrat 10Ö, ein Kanal-Sperrkreis 101 des p-Typs, η - Typ-Sperrschichten 102 bis 106 und eine Oxydschicht 107 vorgesehen. Die dargestellten Elektroden werden durch PoIysiliciumschichten gebildet. Fig. 5 veranschaulicht zusätzlich ein Schaltbild des mit dem erdfreien Diffusionsbereich 76 verbundenen Ausgangsverstärkers 92 mit Abtast- und Haltefunktion. Der auf dem Halbleitersubstrat 100 integrierte Verstärker 92

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besteht aus einem Source-Folgekreis (source follower) 110 mit n-Kanal-MOS-Transistoren 111 und 112, mit einer Abtast- und Halteschaltung 113, die einen n-Kanal-MOS-Transistor 114, an den ein Abtastimpuls φ_5Η (0 bis +16 V) angelegt wird, und einen Kondensator 115 aufweist, sowie einem Source-Folgekreis 116 mit n-Kanal-MOS-Transistoren 117 und 118. Die restlichen Ausgangsverstärker 40, 42 und 91 sind auf ähnliche Weise ausgebildet wie der eben beschriebene Ausgangsverstärker 92.

Fig. 6 veranschaulicht einen Geistersignalunterdrücker gemäß der genannten US-PS 4 127 874, der ein Anwendungsbeispiel für die Ladungsverschiebeschaltung mit Einrichtung zur Feststellung des Betriebszustands des CCD-Registers gemäß der Erfindung darstellt. Bei einem Geistersignalunterdrücker vom Rückkopplungstyp gemäß Fig. 6 wird ein Video- bzw. Fernsehsignal, das ein Geistersignal enthalten kann, über eine Subtrahierstufe 121 an einen Video- bzw. Fernsehverstärker 120 angelegt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 120 wird einer Kathodenstrahlröhre und zusätzlich einem Geistersignaldetektor 122 und einem Transversalfilter 123 zugeführt. Der Geistersignaldetektor 122 greift das Geistersignal im Videosignal zur Bildung mehrerer Bewertungsspannungen Vj_- bis V_n ab. Wie in der genannten US-PS im einzelnen beschrieben ist, formt das Transversalfilter 123 ein praktisch dem Geistersignal im Videosignal entsprechendes Pseudo-Geistersignal unter Heranziehung des Videosignals und der Bewertungsspannungen. Das Pseudo-Geistersignal wird in der Subtrahierstufe 121 subtraktiv mit dem Videosignal kombiniert, um in letzterem das Geistersignal zu unterdrücken. Das Transversalfilter 123 ist so ausgelegt, daß es die beschriebene Einrichtung zur Feststellung des Ladungsverschiebezustands im Transversalfilter

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enthält. Das Ausgangssignal Vs des ODER-Glieds■93 gemäß Fig. 3 wird zur Ansteuerung eines elektronischen Schalters 124 zwischen dem Ausgang des Transversalfilters 123 und der Subtrahierstufe 121 benutzt. Genauer gesagt: wenn der Ladungsverschiebezustand im Transversalfilter 123 außerhalb des dynamischen Bereichs liegt, geht das Steuersignal Vs auf den hohen Zustand über, so daß der elektronische Schalter 124 durchgeschaltet bzw. geöffnet wird. Infolgedessen wird dann das Ausgangssignal des Transversalfilters 123 nicht der Subtrahierstufe 121 zugeführt, während das Videosignal mit dem Geistersignal unmittelbar an die Kathodenstrahlröhre angekoppelt wird.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend dargestellten und beschriebenen Ausfuhrungsformen beschränkt. Beispielsweise kann das bei der beschriebenen Ausführungsform verwendete CCD-Register des Zweiphasen-Treiber-Typs durch ein solches des Einphasen-, des Dreiphasen- oder des Vierphasen-Treiber-Typs ersetzt werden. Weiterhin kann anstelle des Ladungsverschiebe- bzw. CCD-Registers ein Eimerketten- bzw. BBD-Register verwendet werden.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Ladungsverschiebeschaltung, gekennzeichnet durch einen LadungsverSchiebekanal (2) mit zwei verzweigten Ausgängen (2a, 2b), durch zwei Ausgangsdetektoren (3a, 3b; 40, 42), die mit erstem bzw. zweitem Ausgang verbunden sind und Ausgangssignalladungspakete im Ladungsverschiebekanal feststellen bzw. abgreifen und den Signalladungspaketen entsprechende Ausgangsspannungen (VF1, VF2) erzeugen, durch zwei Bezugsspannungsgeneratoren (7, 8; 45, 46) zur Lieferung einer ersten und einer zweiten Bezugsspannung (VF3, VF4) und durch eine Vergleichs- bzw. Komparatoreinheit (5, 6; 43, 44), die mit dem zweiten Ausgangsdetektor sowie mit erstem und zweitem Bezugsspannungsgenerator verbunden ist und welche die den abgegriffenen Ausgangssignalladungspaketen entsprechende Ausgangsspannung des zweiten Ausgangsdetektors mit erster und zweiter Bezugsspannung vergleicht

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und dabei feststellt, ob eine durch den Ladungsverschiebekanal verschobene bzw. übertragene Signalladung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt oder nicht.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Komparatoreinheit ansprechender elektronischer Schalter (124) zur Unterbrechung der Lieferung eines Ausgangssignals (VF1) vom ersten Ausgangsdetektor zu einer Nutzschaltung, wenn die Größe der Signalladung außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt, vorgesehen ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bezugsspannungsgenerator (45, 46) einen zweiten Ladungsverschiebekanal (50, 70) mit drittem und viertem verzweigten Ausgang, eine Ladungsinjektoreinheit (51, 52, 53, 54; 71, 12, Ti, 74), die auf eine an sie angelegte Spannung (VH , VI2) hin eine der angelegten Spannung entsprechende Signalladung in den zweiten Ladungsverschiebekanal injiziert, Mittel (60 - 64; 80 - 84) zum Ableiten (discharging) einer vorgegebenen Größe der verschobenen Signalladung zum dritten Ausgang des zweiten LadungsverSchiebekanals, Mittel (65, 66; 85, 86) zum Rückkoppeln einer Spannung entsprechend einer Größe (Menge) der zum dritten Ausgang verschobenen Signalladung zur Ladungsinjektoreinheit und eine an den vierten Ausgang angeschlossene Ausgangsdetektoreinrichtung (91, 92) mit einem mit der Komparatoreinheit verbundenen Ausgang aufweist.

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